编者按：
青年强，则国家强。青年教师是高校教师队伍的重要力量，关系着高校发展的未来，关系着人才培养的未来，关系着教育事业的未来。
环境与资源学院青年教师传承“牢记嘱托、艰苦创业、追求卓越”的湘大精神，瞄准生态环境领域前沿，立志做有理想、敢担当、能吃苦、肯奋斗的新时代好青年，为国家推进能源革命、加快发展方式的绿色转型提供人才与科技支撑，用奋斗在新征程的火热实践中绽放绚丽之花。
聚焦教学科研，促进学院发展。本期“活力环资青春颂”让我们走近李梦珂博士。
李梦珂，湖南邵阳人，工学博士，环境与资源学院讲师，硕士生导师。2022年6月毕业于中南大学。2022年9月入职det365APP。主要从事水污染防治、固废资源化高值化利用等方面的教学科研工作。
教学方面，主讲环境类本科专业《环境影响评价》《环境工程专业英语》《环境工程设计》《环境地学》基础课程，环境类研究生《催化剂制备与表征》《科研论文写作》必修课程。坚持以学生发展为中心，遵循价值观塑造，知识掌握，能力培养三位一体的人才培养模式，培养有情怀和国际化视野、创新能力强、实践能力强的高层次应用型创新人才。课堂注重创设情景，使学生能保持积极的心态去探索新知识，荣获det365APP课程思政教学比赛二等奖（2023年）。
科研方面，具有丰富的环境工程、环境矿物学、环境分析化学等交叉学科的背景知识，在环境修复材料的制备及污染修复应用、固废资源化高值化利用、环境微生物技术等方面具有较好的研究基础。主持及参与国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅项目等多个科研项目的研究工作。作为骨干成员，参与国家重点研发计划课题“有色金属采选冶遗留场地复合污染物协同处理的生物基材料研发”（2020~2024年）。近五年来以第一作者或共同一作在《Water Research》《Chemical Engineering Journal》《Journal of Hazardous Material》《Bioresource Technology》等国际权威期刊上发表论文16篇，授权专利5项。担任《Chemical Engineering Journal》《Journal of Hazardous Material》等多个国际学术期刊审稿人。相关成果获第十六届奥加诺（水质与环境）奖学金，第三届中国有色金属学会优秀博士论文奖。近年来完成的代表性研究成果如下：
一、电解锰渣基催化剂开发及其对浮选药剂高级氧化去除研究
基于硫酸盐的高级氧化法（SR-AOPs）因其氧化性能高效、操作简易等特点，被广泛应用于有机污染物的去除。但因其催化剂制备过程复杂，需要昂贵的/有毒的化学前体，极大地阻碍其大规模应用。利用电解锰渣制备绿色低成本的催化剂，充分利用固体废弃物的资源属性，将固废资源化与高级氧化技术耦合，实现了“以废治废”的目的。（论文：Water Res. 2021, 200, 117266; Chem. Eng. J. 2020, 401, 126085; Chem. Eng. J. 2021, 413 127478; J. Hazard. Mater. 2021, 410, 124582; Chem. Eng. J. 2022, 441, 136024; Environ. Sci: Nano. 2022, 9, 1037-1051; J. Colloid. Interf. Sci. 2023, 630, 714–726; J. Environ. Manage. 2023, 328, 116945; Chem. Eng. J. 2023, 461, 142008; 专利：ZL201910885568.9，ZL202010143303.4，ZL202110153864.7，ZL202010143748.2，ZL202010143748.2）
（1）改性锰渣催化剂结构与性能之间的构效关系
通过不同的改性方法制备的催化剂具有不同降解效率。短流程改性方法能去除电解锰渣中的Ca、Mg等杂质成分，且材料（MS-N3H）中的晶格氧有利于非自由基活性物质的产生，该催化剂能有效降解选矿废水中的硫醇类捕收剂，但对难降解选矿药剂如松醇油效果不明显。通过预焙烧-后酸洗的调控方法能原位生成高活性的(Fe0.67Mn0.33)OOH，由于Mn、Fe间的晶格取代，产生了大量的OV，有利于界面间电子的转移，制备的材料（t-EMR800）可实现对松醇油的高效降解。通过将污泥（碳源）引入电解锰渣，经过混合改性制备的等级孔催化剂（Fe/C-Mn800）具有更大的比表面积和极低的金属浸出率，复合催化剂中的Fe、Mn、PFRs和石墨N位点可以调控材料表面性质和电子构型，同步实现对PMS的吸附和活化及对有机污染物的高效降解。
图1 改性电解锰渣催化剂微观结构的表征及其对有机污染物的降解性能
（2）有机污染物的降解特异性
在有机物降解过程中，MS-N3H/PMS体系对硫醇类捕收剂的降解差异性主要由于它们分子结构的不同，含相同官能团的分子降解差异性与S、N原子的HOMO指数有关，不同官能团则与分子轨道能大小（E）有关，E越大，越难降解。t-EMR800/PMS体系可以产生大量的SO4·−、·OH和1O2，其中·OH在松醇油降解过程中起主要作用，催化剂表面的−OH官能团促进SO4·−与·OH之间的转化。Fe/C-Mn800/PMS体系中材料表面的FeⅢ作为Lewis位点与PMS分子在水溶液中形成络合物((FeⅢ−PMS)−OH−)，经过分子内电荷转移，生成FeⅡ和SO4·−，单电子途径和双电子途径（三元活性外圈络合物）共同参与了BHA的去除。
（3）有机药剂-重金属复合污染的高效破络-降解协同去除机制
Fe/C-Mn800具有等级孔、SSA大和吸附能力强。因此，对不同BHA-金属复合污染体系有一定的去除效果。其中，酸性条件有利于体系中的TOC、As(Ⅵ)和Cr(Ⅵ)的去除，而碱性条件有利于Pb2+、Cd2+、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Cu2+和Sb3+的去除；不同BHA-金属复合污染中TOC去除率大小与络合物的ΔG值大小相关，Fe/C-Mn800中C=O和-OH在有机物降解中的作用最明显，而C-C、C=O和Fe-O位点促进Fe/C-Mn800对破络金属的吸附。
图2 Fe/C-Mn800对苯甲羟肟酸-重金属复合污染的破络-有机物降解-重金属固定
（4）锰渣基修复材料的实际应用性能
相比于硫化矿选矿废水，氧化矿废水的COD较难处理；Fe/C-Mn800相较于MS-N3H和t-EMRx性能最好，当作为PMS和H2O2催化剂时，能满足对选矿废水的COD达标排放；温度对Fe/C-Mn800/PMS和Fe/C-Mn800/H2O2体系的降解能力有影响。温度越高，性能越好，低温抑制体系中ROS的产生。这两个体系对COD的去除能力堪比甚至优于传统Fenton体系，且Fe/C-Mn800/PMS的性能优于Fe/C-Mn800/H2O2体系；Fe/C-Mn的结构稳定，在进行循环降解反应后，材料的物相基本没有改变，该结果也说明Fe/C-Mn能有效地应用于实际废水中COD的去除。
图3 电解锰渣基催化剂对实际废水COD的去除
二、固废基多孔陶瓷的制备
我国矿业活动产生的大量尾矿占用大量的土地资源，导致土壤和水体的重金属污染严重，破坏矿山的环境与生态系统，如何无害化资源化利用这类资源已迫在眉睫。针对电解锰渣、富硅尾矿，研究它们的矿物学特征，查明初始物料属性及有毒有害金属的赋存状态，成功制备高孔隙率、低密度的硅灰石多孔陶瓷。结果表明，在1140℃的烧结温度下，0.4 wt%的碳化硅最适合陶瓷发泡。电解锰渣的加入促进了陶瓷基体在低温下的发泡。当锰渣掺量从8.33wt%增加到46.67wt%时，陶瓷的孔隙率从78.4%降低到63.7%，堆积密度从0.96提高到1.13g/cm3，弯曲强度从8.43MPa提高到11.22MPa。此外，当锰渣含量为8.33wt%，烧结温度为1160℃时，最佳耐腐蚀性能达到99.55%。（ZL202010143748.2）
图4 不同固废掺杂量对多孔陶瓷物化特性的影响
三、基于价态定向转变的微生物修复Cr(Ⅵ)污染
Cr(Ⅵ)污染是土壤重金属污染的重中之重，生物修复技术被认为是Cr(Ⅵ)污染治理的一种最有潜力技术，然而目前对于微生物还原Cr(Ⅵ)的机理还不甚明确，在已有Cr(VI)还原菌种资源库的基础上，对Cr(Ⅵ)微生物还原机理进行系统性研究。研究发现在特异性微生物驱动下，变价金属元素可以发生价态定向转变实现矿相重构，从而实现可变价重金属的固定化稳定化。发现微生物对Cr(Ⅵ)的还原及反应发生的位置具有菌株特异性，而与菌是革兰氏阴性还是革兰氏阳性菌无关，阐明了Cr(Ⅵ)微生物还原过程的Cr元素配位化学过程及电子供体利用趋向性。研究发现Cr(Ⅵ)还原过程中参与Cr元素配位的表面官能团并无菌株特异性，Cr元素主要与细胞表面的C=O、C–OH、O-C=O、C–H和C-O-C等官能团发生配位反应。相反地，微生物对外加电子供体的利用上具有菌种差异性，而且并非所有的电子供体能够促进Cr(Ⅵ)还原过程。（Bioresour. Technol. 2019, 273, 130-135; Ecotox. Environ. Safe. 2020, 190, 110084; Ecotox. Environ. Safe. 2019, 184, 109636; Int. J. Environ. Sci. Te. 2021, 17; Int. J. Environ. Sci. Te. 2021, 1-12）
图5 Bacillus. M6细胞表面性质变化及Cr(Ⅵ)还原机理
李梦珂博士电子邮箱：lmke@xtu.edu.cn